《NMR in Biomedicine》：Whole-Brain 4D MRA With Improved Vessel Delineation Using Undersampled Multiple Overlapping Thin-Slab Radial Acquisition
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时间分辨的基于动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）的非对比剂4D磁共振血管成像（four-dimensional magnetic resonance angiography，4D MRA）能够显示脑动脉血流动态模式，在脑血管疾
时间分辨的基于动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）的非对比剂4D磁共振血管成像（four-dimensional magnetic resonance angiography，4D MRA）能够显示脑动脉血流动态模式，在脑血管疾病评估方面具有巨大潜力。然而，采用Look-Locker采集的传统ASL 4D MRA在延长读出期间易受到进行性射频（radio frequency，RF）饱和效应的影响，导致ASL信号显著衰减以及远端动脉血管显示丢失。上述局限性可能阻碍4D MRA更广泛的临床转化，尤其是在需要评估全脑血管解剖结构和血流动力学时。本研究通过将脉冲动脉自旋标记（pulsed arterial spin labeling，PASL）与欠采样多重叠薄层堆叠星星（multiple overlapping thin-slab stack-of-stars，MOTSA-SOS）黄金角径向采集相结合，提出了一种适用于全脑或大范围体积成像的实用且可靠的ASL 4D MRA技术。研究人员将该方法与常规单层4D MRA、三维时间飞跃法磁共振血管成像（three-dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography，3D TOF-MRA）以及基于伪连续动脉自旋标记（pseudocontinuous arterial spin labeling，pCASL）的4D MRA在血管显示、血流动力学和图像质量方面进行了评估。与其他方法相比，该方法显著降低了RF饱和效应，并保持了远端小动脉的信号强度，从而在全脑血管系统中实现了明显改善的血管连续性和对比度，同时以良好的扫描效率和图像质量可靠地捕获了完整的流入-流出动脉血流动态。该技术可实现高质量、时间分辨的全脑血管成像，为临床和科研应用中脑动脉血流动力学的综合评估提供了一种有前景的非对比剂成像工具。
**全脑4D动脉自旋标记磁共振血管成像的改进：基于欠采样多重叠薄层径向采集的研究解读**
脑血管疾病是全球范围内导致残疾和死亡的主要原因之一。脑血流动力学的全面表征对于准确的临床诊断、治疗计划和疾病监测至关重要。尽管数字减影血管造影仍是评估脑血管解剖和血流动力学的金标准，但其有创性和电离辐射限制了常规或纵向使用。磁共振血管成像（MRA）作为一种重要的无创手段已广泛应用于临床。其中，三维时间飞跃法MRA（TOF-MRA）凭借高空间分辨率成为评估脑血管异常的主要方法，但其无法提供血流动力学信息，这限制了其在动静脉畸形（AVM）分流、狭窄闭塞性疾病侧支循环等评估中的应用。时间分辨对比增强MRA可显示血流动态，但受限于有限采集窗口内首过对比剂团注捕获所需的空间与时间分辨率之间的固有矛盾。
动脉自旋标记（ASL）最初用于灌注成像，利用磁性标记的动脉血作为内源性示踪剂，可自然延伸产生血管造影对比。基于脉冲ASL（PASL）的时间分辨四维MRA（4D MRA），特别是结合径向采样策略和先进图像重建的方法，显著提升了短采集时间内捕获动态血管信息的可行性。然而，基于PASL的4D MRA仍面临技术挑战：Look-Locker采集中的重复射频（RF）激励和T1弛豫常导致ASL信号显著衰减，尤其在需要全脑覆盖的大范围成像时，这种效应在远端小动脉和血流异常缓慢的血管病变中更为明显。因此，大多数现有PASL-based 4D MRA采用空间覆盖范围有限的单层采集，这限制了其在需要全脑血管评估的临床场景中的适用性。虽然基于pCASL的4D MRA可实现全脑成像且近端和远端动脉显示良好，但因其标记持续时间更长，不可避免会延长采集时间，且血流流出对信号演化的影响更强，流入动态的直接显示能力不如PASL-based 4D MRA。
针对上述问题，研究人员提出了一种结合堆叠星星（SOS）黄金角径向采样与欠采样多重叠薄层采集（MOTSA）策略的全脑PASL-based 4D MRA技术。该策略类似3D TOF-MRA中用于减轻流入信号衰减和增强血流对比的方法，尤其针对缓慢或远端血流。研究人员通过体内实验评估了该技术的可行性和性能，并与匹配空间覆盖和分辨率的常规单层4D MRA、3D TOF-MRA及pCASL-based 4D MRA进行了比较。
**主要技术方法**
研究采用STAR标记方案的脉冲ASL制备序列，随后进行SOS黄金角（111.246°）径向采样读出。为实现大范围覆盖并减轻RF诱导的信号饱和，研究实施了MOTSA策略，即顺序采集三个部分重叠的薄层。为提升扫描效率，沿分区方向施加线性欠采样，外周分区欠采样因子为3。图像重建首先沿kz方向应用GRAPPA恢复欠采样分区，然后进行快速傅里叶变换实现逐层重建，并采用自校准低秩子空间重建方法。研究纳入7名健康男性受试者（25±3.46岁），在3T MRI系统（Siemens Prisma）上采集数据，采用64通道头颈线圈。
**血流动力学评估**：通过手动勾画七个动脉感兴趣区（包括颈内动脉ICA、基底动脉BA、大脑中动脉MCA的M2/3和M4段、大脑后动脉PCA的P1/2和P3/4段、大脑前动脉ACA的A1/2段）生成动态信号强度曲线。结果显示，与常规单层4D MRA（SS MRA）相比，MOTSA MRA在所有动脉区域均保持较高信号强度，且信号衰减从近端到远端逐渐加重，提示单层采集存在累积RF饱和效应。
**图像质量与对比度**：计算各血管水平的信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）和SNR效率。结果显示，MOTSA MRA在近端（ICA和BA）和远端（M4和P3/4）血管水平均保持较高信号和对比度，而SS MRA在远端血管显示明显信号和对比度降低。此外，用非均匀快速傅里叶变换（NUFFT）重建验证了定量结果的一致性。
**血管显示**：采用基于深度学习的3D空间分割网络和人工分割评估血管骨架总长度。结果显示，MOTSA MRA的血管骨架长度显著长于SS MRA（3571.14±627.88对比2126.57±302.69），表明全脑血管显示能力明显提高。视觉比较中，MOTSA MRA的整体血管显示接近TOF-MRA，且有效抑制背景组织信号和静脉污染。
**与pCASL-based 4D MRA比较**：由于标记持续时间较长，pCASL MRA主要显示血流流出动态，而MOTSA MRA能直接捕获完整的流入-流出过程。pCASL MRA经后处理获取的伪流入曲线在远端动脉段表现出较平坦的斜率和时间偏移，这可能与慢血流和较长动脉通过时间有关。
**讨论与结论**：MOTSA策略通过减少标记血流在进入各薄层前经历的累积RF激励次数，有效保留了流入血流信号并改善了远端血管显示。该技术可实现时间分辨的全脑动脉流入-流出动态可视化，兼具高空间时间分辨率和良好的扫描效率。虽然研究存在成像参数不完全匹配、样本量较小等局限，但该技术为无对比剂全脑血管成像提供了稳健的技术框架，具有广阔的临床转化前景。
